Как выбрать модули суставов робота для рук, торса, головы и ног в AGV и гуманоидных роботах

Платформы Robot AGV, подъёмные ноги, складные ноги, торс, голова и двойные руки имеют разные функциональные требования. Поэтому необходимо соответственно подбирать различные типымодулей шарнирных соединений с гармоническим редуктором и планетарных шарнирных модулей.

В этой статье объясняется, как выбрать наиболее подходящие шарнирные модули для каждой подсистемы робота.

Какие функциональные требования предъявляются к различным подсистемам робота?

1) Двойные руки (плечо, локоть, запястье)

Ключевые требования:

Низкий люфт, низкое трение (для управления усилием и обучения), высокая плотность крутящего момента, облегчённая конструкция, возможность прокладки кабелей (полый вал или боковой вывод) и низкий уровень шума.

Критические риски:

Недостаточный номинальный крутящий момент может вызвать перегрев

Люфт и трение приводят к нестабильности управления усилием

Низкая повторяемость и недостаточная жёсткость могут вызвать вибрацию концевого эффектора или дрейф позиционирования

2) Торс (рыскание / тангаж / крен талии, вращение грудной части)

Ключевые требования:

Высокая осевая и радиальная грузоподъёмность, конструкционная жёсткость, тепловая стабильность и высокая ударопрочность.

Критические риски:

Поясничный шарнир несёт суммарную нагрузку и момент верхней части тела и двойных рук, что требует чрезвычайно высокой конструкционной прочности и надёжных выходных подшипниковых систем.

3) Голова (подвес / блок вращения датчиков)

Ключевые требования:

Миниатюризация, низкий уровень шума, низкая вибрация и плавное движение на низких скоростях для точного управления.

Критические риски:

Зубцовый крутящий момент двигателя и шум энкодера могут вызывать микровибрации

Электромагнитные помехи или помехи от кабелей могут влиять на точные датчики, такие как камеры и IMU

4) Нижние конечности

A. Подъёмные ноги (выдвижение, опора, регулировка положения)

Типичные реализации:

Электрические приводы, такие как системы с шариковым винтом, ременные подъёмные системы, реечно-шестерёнчатые механизмы или ножничные подъёмные конструкции. Вращающиеся шарнирные модули в основном используются для вспомогательного привода или регулировки положения.

Ключевые требования:

Надёжная самоблокировка/торможение, ударопрочность, длительный срок службы, высокая эффективность передачи, степень защиты IP, высокий крутящий момент на низких скоростях и долговременная тепловая стабильность.

B. Складные ноги (тазобедренные, коленные, голеностопные шарниры)

Ключевые требования:

Высокий пиковый крутящий момент, отличная ударопрочность, высокая конструкционная жёсткость, низкий люфт, надёжные механизмы торможения/удержания и защита от перегрузки.

Требования к модулям:

Эти шарниры расположены близко к основным несущим шарнирам и требуют особого внимания к конструкционной прочности, проектированию подшипниковой системы и надёжности выходного интерфейса.

2,Как выбрать шарнирные модули для различных подсистем робота?

Двойные руки (плечо / локоть / запястье)

Шарниры рук (плечо & локоть)

Шарниры рук требуют высокой плотности крутящего момента, точного управления движением и надёжной возможности управления усилием. Они также должны иметь облегчённую конструкцию и поддерживать взаимодействие человека–и робота благодаря интегрированному сенсорному оборудованию.

Высокая плотность крутящего момента обеспечивает точное управление движением

Интегрированный датчик крутящего момента поддерживает управление усилием и взаимодействие человека–и робота

Облегчённая и компактная конструкция имеет ключевое значение для оптимизации роботизированной руки

Рекомендуемое решение:

Для плечевых и локтевых шарниров рекомендуетсямотор с гармоническим редуктором TCHL.

Торс (поясничный шарнир)

Торс (поясничный шарнир) требует высокой конструкционной жёсткости, высокого крутящего момента и высокой несущей способности, поскольку он поддерживает всю верхнюю часть тела и двойные руки. Прокладка кабелей и системная интеграция также имеют решающее значение.

Большая полая конструкция позволяет выполнять внутреннюю прокладку кабелей и интеграцию

Высокий крутящий момент обеспечивает стабильную поддержку верхней части тела

Высокая конструкционная жёсткость повышает общую стабильность системы

Рекомендуемое решение:

Для торса робота (талии) предпочтителен гармонический шарнирный мотор HPJM.

Модуль головы

Шарнир головы требует миниатюризации, низкой вибрации и плавного управления движением, особенно для стабильности зрения и датчиков.

Работа с низким уровнем шума обеспечивает стабильность датчиков

Минимальная вибрация повышает точность визуализации и восприятия

Плавное движение на низких скоростях обеспечивает точное позиционирование

Рекомендуемое решение:

Компактныйшарнирный модуль с гармоническим редуктором TCHL

Подъёмные ноги

Подъёмные ноги требуют высокой грузоподъёмности, надёжного вертикального движения, длительного срока службы и высокой ударопрочности для регулировки положения и опоры.

Высокая надёжность под нагрузкой при непрерывной работе

Высокая ударопрочность для динамического движения

Высокая эффективность и длительный срок службы

Системы привода могут включать линейные или роторные решения в зависимости от конструкции.

Рекомендуемые решения:

Электроцилиндры

Линейные приводы с шариковым винтом

Гармонический шарнирный мотор HPJM

Скоро выйдет планетарный шарнирный мотор HPJM

Складные ноги (тазобедренные & коленные шарниры)

Тазобедренные и коленные шарниры требуют чрезвычайно высокого пикового крутящего момента, высокой конструкционной жёсткости и высокой ударопрочности, поскольку они являются основными несущими шарнирами при передвижении.

Высокий пиковый крутящий момент для динамического движения

Высокая конструкционная жёсткость для поддержки нагрузки

Надёжная возможность торможения или удержания

Высокая ударопрочность для условий ходьбы и бега

Рекомендуемое решение:

Для высоконагруженных шарниров ног предпочтительным выбором является гармонический шарнирный мотор HPJM .

Сводка принципов выбора шарниров робота

Выбор модуля шарнирного соединения робота должен основываться на следующих ключевых инженерных факторах: требования к крутящему моменту, требования к точности, ударопрочность, стратегия управления (управление усилием vs управление положением), ограничения конструкционного пространства, оптимизация затрат

Для получения подробных рекомендаций по выбору шарнирных модулей и индивидуальных решений для роботов свяжитесь с нами.

HONPINE предоставляет индивидуальные технические консультации по выбору шарнирных модулей для роботов, проектированию систем и поддержке интеграции.